Цифровой осциллограф своими руками

Цифровой осциллограф своими руками

Осциллограф — это незаменимый помощник в мастерской радиолюбителя. С его помощью можно наблюдать форму сигнала, измерить длительность, частоту, амплитуду. Цифровой осциллограф способен запомнить изображение на экране, выводить на экран сопутствующую информацию о сигнале и многое другое.

Стоит осциллограф дорого, особенно цифровой, а вот сделать его из набора не сложно и не дорого.

Как-то на днях купил я недорого набор для сборки цифрового осциллографа в китайском интернет магазине GEARBEST

Набор пришёл довольно быстро (около 2 нед) с подробной инструкцией, схемой на английском. Было всё понятно, т.к. описание в картинках подробно расписано шаг за шагом.

Принципиальная схема цифрового осциллографа DSO 138

Характеристики осциллографа

Тип: набор DIY цифровой осциллограф

Материал: PCB плата, 2,4″ дисплей + все необходимые компоненты

Входное напряжение: DC 9V (стабилизированное)

Ток потребления: 120 мА

Ширина полосы входного сигнала: 0-200KHz

Чувствительность: 10 мВ / дел — 5В / Div (1 — 2 — 5 прогрессивный способ) электронное регулируемое вертикальное смещение

Частота дискретизации: 1Msps

Входное сопротивление: 1MОм

Макс. входное напряжение: 50Vpp (1:1 щуп)

Буфер: 1024 Bytes

Диапазон времени: 10 микросекунд / Div — 50s / Div (1 — 2 — 5 прогрессивный способ)

Вес упаковки: 0,50 кг

Размер продукта (Д х Ш х В ) : 10 х 5 х 2 см

Подробное описание сборки набора осциллографа

Этот набор сложнее, чем рассматриваемый ранее набор частотомера, но при аккуратной и внимательной сборке работает сразу без проблем.

На печатной плате уже был припаян прошитый микроконтроллер. Это 32 битный микроконтроллер, базирующийся на ARM 32-bit Cortex™ — M3 ядре. Максимальная частота работы 72 МГц, также он имеет 2 x 12-bit, 1 μs АЦП. Есть в других наборах уже впаяны все smd детали. В моём только микроконтроллер, но остальные я сам впаял без особого труда остро заточенным паяльником и в очках с подсветкой. Все smd детали были по количеству на одну больше для запаса на случай потери такой крохотульки

Шаг 1.

Чтобы было удобнее, пока на плате нет других деталей, первым делом я впаял все smd компоненты. Микроконтроллер (квадратик с выводами четырёх сторон), как я писал, был уже впаян.

Паяем аккуратно и не перегреваем микросхемы. Держать паяльник на одной ножке не более 2 сек! Используем припой (тонкая проволока с канифолью внутри) и паяльную пасту. Следим чтобы не перемыкали вывода между собой и в тоже время хорошо припаяны к контактным площадкам.

Шаг 2.

Далее я припаял все пассивные компоненты (сопротивления, дросселя и конденсаторы).

Тут без особых комментариев. Вставляем деталь согласно прилагаемой инструкции в печатную плату, обрезаем лишний отрезок вывода и хорошо припаиваем. Вокруг контактных площадок с обратной стороны платы близко подходит экранный слой. Поэтому паяйте аккуратно, чтобы припой не замкнул на экранный слой и соседние дорожки.

Немного о маркировке керамических конденсаторов: эти конденсаторы маркируются также как и резисторы. Первые две цифры — это число, третья цифра — количество нулей после числа. Например 121 — это 120 пф, 203 — это 22 000 пф или 22нф, 104 — это 100000 пф или 100 нф или 0,1 мкф.

У электролитических конденсаторов есть полярность. Не путаем + и !

Шаг 3.

Далее паяем всё оставшееся: диоды, транзисторы, кварц, светодиод, кнопки, разъёмы, переключатели…

При пайке транзисторов и диодов, так же как и микросхемы — не перегреваем! Держать паяльник на одной ножке не более 2-3 сек!

Диоды имеют катод и анод, поэтому при пайке смотрим на кольцо с одного краю (это катод). Не путаем так же установку транзисторов! Внимательно смотрим маркировку, они похожи на микросхемы — стабилизаторы 78L05 и 79L05

Разъёмы и переключатели хоть и блестят, но паяются плохо. Я предварительно зачистил ножки мелкой наждачкой.

При пайке кварца надо немного приподнять от платы, т.к. он металлический и может замкнуть контактные площадки. Можно подложить под него диэлектрик.

Шаг 4.

К плате дисплея нужно припаять только три разъёма.

После того как всё припаяно промываем плату спиртом не нужной зубной щёткой или ватным диском.

Шаг 5.

После того как плату просушили, ещё раз проверяем качество пайки.

После перед под соединением дисплея к основной плате припаяем две перемычки. Сделать их можно из откусанных выводов.

Шаг 6.

Подключаем питание. Источник питания: постоянное стабилизированное напряжение 9 В с максимальным током не менее 200 мА.

  1. Проверяем соответствия на разъёме 9 В.
  2. Проверяем в контрольной точке 3,3 В.
  3. Если всё нормально, выключаем питание и устанавливаем перемычку JP4.

Шаг 7.

Вставляем дисплей в разъёмы (3 шт).

Подключаем ко входу щуп (есть в комплекте) и включаем питание.

Если всё правильно, видим на экране сайт производителя, версию прошивки и номер дисплея:

Далее, через несколько секунд появляется шкала и синусоида, даже при не подключенных никуда щупе и включенном переключателе на максимальную чувствительность — 10мВ

Вверху два разъёма: вход сигнала и питание.

Слева находятся переключатели: измерение постоянной и переменной составляющей (открытый и закрытый вход).

Второй и третий переключатели — входной аттенюатор прибора (чувствительность) и аттенюатор после входного усилителя. Они позволяют выбрать масштаб по оси напряжения. Если выбран 1 Вольт, то это означает, что в этом режиме размах в одну масштабную клетку экрана будет равен напряжению в 1 Вольт.

С помощью второго переключателя выбираем напряжение, а третьего множитель. При помощи этих переключателей можно выбрать девять фиксированных уровней входного напряжения (от 10 мВ до 5 В).

Светодиод — индикатор наличия и синхронизации сигнала.

Справа — кнопки управления: запоминание, выбор, установки параметров (смещение, синхронизация, размах). Все изменения отображаются на экране по кругу. Нижняя кнопка — сброс.

Таблица напряжений в контрольных точках

Подстроечными конденсаторами устанавливаем правильную форму отображаемого сигнала. Для этого нужно подать источник прямоугольных импульсов. Лучше это сделать один раз с фабричного генератора стандартных сигналов. Можно подать сигнал от внутреннего генератора (фото ниже). Для этого подсоединяем красный «крокодил» щупа на перемычку J2 (вверху платы). Конденсаторами выравниваем чёткие прямоугольные формы.

Надеюсь, что обзор данного конструктора-осциллографа был интересен и окажется полезным при сборке. Удачи!

Схема простого осциллографа

Схема простого осциллографа включает в себя стабилитрон на 5 В. Пропускная способность его зависит от типов резисторов, которые устанавливаются на микросхему. Для увеличения амплитуды колебаний используются конденсаторы. Изготовить щуп для осциллографа своими руками можно из любого проводника. При этом порт подбирается в магазине отдельно. Резисторы первой группы минимум сопротивление в цепи должны выдерживать на уровне 2 Ом. При этом элементы второй группы должны быть более мощными. Также следует отметить наличие на схеме диодов. В некоторых случаях они выстраиваются в мосты.

Шаг 4: Скачиваем программу Oscilloscope

Загрузите и распакуйте программу. Выберите файл для вашей операционной системы:

Читайте также  Линейный подшипник своими руками

Запустите exe-файл (например, Windows 64 => oscilloscope_4ch.exe).

Важно: не удаляйте папку «lib» из директории с программой.

На компьютере должна быть установлена программа «Java» не ниже 8-й версии.

Электрическая схема

Если вы всё же решили работать через самодельную приставку, то для осциллографа из компьютера своими руками потребуется схема. Схема эта достаточно простая и работа над ней для того, кто хотя бы раз занимался чем-то подобным, не составит никакого труда. Вам понадобятся инструменты и навыки базовой работы со схемами – соединения, теоретические знания.

ВАЖНО! Есть и более сложные схемы, но новичку лучше начать с элементарного варианта. Если первая попытка подойдёт для решения задачи, то для последующих проб сложность можно поднять, спаяв новую, более совершенную схему.

Принцип действия и применение

Во входных цепях разделительной аудиокарты, которую вы будете использовать с целью создания осциллографа, есть разделительный конденсатор. Он позволяет наблюдать на мониторе за переменной сигнала и с помощью осциллографа измерять его уровень.

Электронный прибор поможет осуществить самостоятельный ремонт различной аудиоаппаратуры, а настройку аудиотехники использовать в учебных целях. Его часто используют для качественного построения эпюры для вебсайтов.

Выбираем осциллограф и паяльное оборудование для дома (Aliexpress)

Статья с подборкой новых моделей и моделей, которые давно зарекомендовали себя, как имеющие хорошее соотношение цены и качества. Данные модели с Aliexpress обходятся несколько дешевле, если вы заказываете их для личного использования. В подборке будут карманные, настольные и сенсорные осциллографы, комбинированные мультиметры-осциллографы, а также паяльные станции и цифровые микроскопы для ремонта электроники. Дополнительно я привожу ссылки на сравнения с другими моделями и ссылки на подробные обзоры ряда моделей.

Новые модели портативных карманных осциллографов и осциллографических пробников

Одни из самых популярных моделей осциллографов в категории «до $100» — это модели от Hantek и FNIRSI. Что касается FNIRSI 1C15 — то на днях вышла модель обновлённого осциллографа с полосой до 110MHZ (обзор предыдущей модели 1C15 по ссылке). Производитель обновил дизайн и эргономику управления, улучшил программное обеспечение, а также есть ряд полезных изменений в схемотехнике. Цена с купоном на скидку $7 (берем на странице товара) получается $60, что вне конкуренции.

Еще одна новая модель — это осциллограф DSO1511E с заявленными 120MHZ.

Планшетные сенсорные осциллографы

В последнее время появились несколько интересных моделей для работы: это портативные, карманные, комбинированные осциллографы с завидными характеристиками. По ссылкам: двухканальный планшетный осциллограф Fnirsi ADS1013D с сенсорным дисплеем и двумя каналами, и планшетный осциллограф Micsig TO1152, также с сенсорным экраном и двумя каналами. Оба характеризуются рабочей полосой 100 МГц, с максимальной частотой дискретизации 1 Gs/s. Другие модели компактных осциллографов для хобби и работы в статье по ссылке.

Бюджетные настольные осциллографы

Для качественной работы, разработки и ремонта рекомендую оборудовать отдельное место с оборудованием дома или в офисе. В качестве настольных моделей осциллографов можно рекомендовать несколько хороших моделей: OWON SDS1102, Hantek DSO4102C (или же предыдущую модель DSO5102P), Rigol DS1104Z. Другие новинки для профессионалов и любителей можно посмотреть по ссылкам (подборка бюджетных моделей, подборка с USB-осциллографами).

Паяльные набор и паяльные станции

Если вы все таки решили оборудовать себе рабочее место по ремонту или по отладке электронике, то рекомендую приобрести качественную паяльную станцию. Обычно выбирают комбинированные модели, сразу с феном (с подставкой и регулировкой температуры). Паяльник оборудован сменными жалами. По ссылкам две паяльные станции JCD и Eruntop (самые большие продажи на Алиэкспресс). Если паяльная станция не нужна, а нужен просто хороший паяльник, то посмотрите в сторону модели CXG E60WT 60 ВТ (ссылка на подборку с этим паяльником), а также ссылка расходные материалы и трафареты.

Цифровые микроскопы для ремонта

Цифровые микроскопы для ремонта будут полезны практически для каждого радиолюбителя и ремонтника. Представляют собой компактные микроскопы со встроенным электронным модулем камерами. Помогают найти проблему и обеспечить ремонт электроники и печатных плат — они умеют снимки и записывать видео, также есть возможность подключения к внешнему монитору (HDMI, AV). Статья по выбору качественных моделей цифровых микроскопов.

Комбинированные мультиметры и мультиметры-осциллографы

Еще один весьма полезный вид приборов — это компактные комбинированные мультиметры типа «все-в-одном». Есть интересные модели от MUSTOOL — модель MT8028 с графическим дисплеем и встроенным осциллографом. Есть и «обратные модели» — осциллограф Hantek 2C42 со встроенным мультиметром. Если вам интересны качественные мультиметры (в том числе с черным контрастным EBTN экраном) — то вот интересная статья по выбору таких моделей.

При оформлении заказов смотрим отзывы на магазин и на товар. Рекомендую добавлять магазин в список «любимых» — тогда есть возможность получить дополнительный купон на скидку или скидку «для фанатов». Также проверяем другие доступные купоны. В любом случае, указанные модели обходятся значительно дешевле аналогов в местных магазинах.

Что необходимо использовать

Самая оптимальная сегодня – это программа Osci, она имеет интерфейс, похожий на классический осциллограф: на мониторе находится стандартная сетка, с помощью которой вы сможете сами померить амплитуду или длительность.

Из недостатков этой программы можно выделить то, что она работает немного нестабильно. Во время работы утилита может иногда зависать, а чтобы затем ее сбросить, надо использовать специализированный TaskManager. Но все это компенсируется тем, что программа имеет привычный интерфейс, и довольно удобна в использовании, а также имеет большое количество функций, они дают возможность сделать полноценно работающий осциллограф из компьютера или ноутбука.

На заметку

Нужно сказать, что в комплекте данных программ есть специальный низкочастотный генератор, но его использование нежелательно, он пытается полностью сам контролировать работу драйвера звуковой карты, что провоцирует выключение звука. Если решили его опробовать, позаботьтесь, чтобы у вас была точка восстановления либо сделайте бэкап вашей ОС. Самым оптимальным способом, как сделать своими руками из компьютера осциллограф, будет скачивание рабочего генератора.

«Авангард»

Это отечественная программа, она не имеет привычной и стандартной измерительной сетки, и отличается очень большим экраном для фотографирования скриншотов, но в то же время позволяет использовать установленный частотомер и вольтметр амплитудных значений. Это частично компенсирует недостатки, указанные выше.

Сделав этот осциллограф из компьютера, вы столкнетесь со следующим: на небольших уровнях показателей вольтметр и частотомер могут значительно искажать данные, но для новичков-радиолюбителей, эта утилита будет вполне достаточной. Еще одной полезной функцией будет то, что можно делать абсолютно независимую калибровку двух уже находящихся шкал установленного вольтметра.

Как это использовать

Из-за того, что входные цепи звуковой карты имеют специальный разделительный конденсатор, то компьютер в роли осциллографа может работать только с закрытым входом. Таким образом, на мониторе будет видна лишь переменная составляющая показателей, но, имея определенную сноровку, с помощью этих программ можно сделать измерение показателя постоянной составляющей. Это очень актуально в случае, когда, к примеру, время отсчета мультиметра не дает возможности зафиксировать некоторое значение амплитуды напряжения на конденсаторе, заряжающегося с помощью крупного резистора.

Читайте также  Зарядка литий ионных аккумуляторов напрямую

Нижнее значение напряжения ограничивается уровнем фона и шума и имеет примерно 1 мВ. Верхний предел ограничивается лишь по показателям делителя и достигает более сотни вольт. Частотный диапазон ограничивается самой возможностью звуковой карты и для старых компьютеров составляет около 20 кГц.

Естественно, в этом случае рассматривается довольно примитивное устройство. Но когда у вас нет возможности, например, использовать USB-осциллограф, то в данном случае его использование вполне приемлемо. Этот прибор поможет вам в ремонте разной аудиоаппаратуры, или может быть использован для учебных целей. Кроме того, программа-осциллограф даст возможность вам сохранить эпюру для иллюстрации материала или для размещения в сети.

Как выбрать

Нужно представлять, в каких целях и как часто будет использоваться прибор, для изучения каких сигналов он предназначен. Учитывайте количество точек для одновременного измерения, одиночность или периодичность колебаний. Иногда используются устройства советского производства. Но получить точную настройку с их помощью трудно.

Количество каналов

По количеству каналов осциллографы могут быть одноканальными, простыми (2-4 канала), продвинутыми (до 16 каналов). Несколько каналов позволяют одновременно анализировать поступающие сигналы.

Тип питания

Прибор с аккумулятором можно брать с собой на выезд. Это удобно для мастеров, которые проверяют оборудование по месту его нахождения. Если выезды не производятся, лучше брать работающий от сети осциллограф, поскольку он стабильнее и надёжнее.

Частота дискретизации

Частота дискретизации важна для измерения однократных и переходных процессов. Чем выше этот параметр, тем более точное изображение сигнала на экране удастся получить.

Полоса пропускания

Для простых исследований цифровых схем и усилителей оптимальная звуковая частота — 25 МГц. Для профессионального измерения нужен прибор, у которого этот параметр — до 200 или даже до 500 МГц. Современные линии связи работают на очень высоких частотах. Частота исследуемых сигналов должна быть в 3-5 раз меньше величины полосы пропускания.

Организация питания

Для питания требуется источник 9 В, как утверждают изготовители, питающее напряжение может быть в пределах 8-12 вольт. Потребляемый ток не указан, забегая вперёд — он составляет чуть более 100 мА.

Очень практичным и универсальным решением считаю питать плату от портативного аккумулятора (power bank) — сейчас они есть практически у каждого. К тому же, адаптировав осциллограф для 5 В аккумулятора, плату можно будет запитать и от телефонной зарядки.

Для повышения напряжения с 5 до 9 вольт можно использовать DC-DC преобразователь, например MT3608 — стоит копейки в радиомагазине или у тех же Китайцев. Для подключения к плате я использовал разъём компьютерного вентилятора — подойдут те, которые с двумя проводами, например со старой видеокарты.

То-ли из-за входного конденсатора, то-ли по иным причинам, но у платы большие стартовые токи и при включении всей схемы срабатывает внутренняя защита аккумулятора (выход 2 А). Проблема легко решается добавлением резистора 0,5 Ом в разрыв входного питания DC-преобразователя.

Перед подключением платы осциллографа необходимо выставить на преобразователе напряжение 9-10 вольт, делается это путем вращения подстроечного резистора.

Перед первым включением рекомендую впаять перемычку или штырёк для образцового сигнала, место под перемычку находится рядом с разъёмами питания. Внутренний генератор выдаёт прямоугольные импульсы частотой 1 кГц и амплитудой 3,3 В. Для проверки нужно коснуться красным крокодилом до перемычки, черный крокодил никуда цеплять не нужно.

Теперь можно включать всю схему и приступать к освоению несложной инструкции.

На рисунке представлена схема простейшего осциллографа – щупа для смартфона, которую необходимо повторить. Очень важно использовать резисторы с такой же цветовой маркировкой, как в примере, поскольку это позволит получить от устройства максимум чувствительности и точности.

Сборку следует начать с подготовки штекера мини-джек 3,5 мм от наушников. С него срезается пластиковая часть, после чего припаиваются 2 проводка как показано в схеме осциллографа.

Припаянные провода необходимо дополнительно закрепить и изолировать. Для этого будет достаточно применить 2 слоя термоусадочной трубки.

Далее к шляпке маленького мебельного гвоздика необходимо припаять одножильный провод.

Место пайки сверху изолируется термоусадкой. Гвоздик будет выполнять функцию плюсового электрода.

Провод с гвоздиком заводится в корпус маркера с удаленным стержнем. В результате электрод должен заменить пишущий наконечник фломастера. Также нужно завести проводок от разъема 3,5 мм в пробитое отверстие в заднем колпачке маркера.

Далее необходимо соединить параллельно и спаять стабилитрон с резистором 1К. К ним согласно схеме прибора припаивается резистор 2,2К.

В корпусе маркера ближе к пишущей части делается боковое отверстие. В него продевается отдельный провод, второй конец которого выходит из задней части фломастера.

К выведенному проводку припаивается стабилитрон с резистором 1К. Также к ним нужно присоединить жилу питания от разъема 3,5 мм. Важно соблюсти полярность, как на схеме. Вторая жила от мини-джека паяется к резистору 2,2К.

Провод с гвоздиком нужно подсоединить к оставшемуся концу резистора 2,2 К. Все соединения защищаются термоусадкой. После этого резисторы и стабилитрон необходимо спрятать в корпусе маркера, закрыв его задним колпачком.

На выходящий сбоку маркера провод, присоединенный к резистору 1К и стабилитрону нужно припаять тестовую клипсу.

После этого аппаратная часть устройства полностью готова.

Далее нужно установить на смартфон приложение Oscilloscope Pro 2. Осциллограф подключается к телефону и может использоваться по предназначению под управлением данной программы. Его тестовая клипса используется как масса, а электрод из гвоздика на маркере является плюсом. Приложение в связке с самодельным устройством позволяет настраивать пороги срабатывания, просматривать форму сигнала на дисплее и многое другое.